詳解USB-C應用新架構(gòu)

　　USB——C接口正在徹底改變電子設(shè)備的充電方式。USB——C連接線無論哪一端都能連接智能手機或超級本。物理上，C型連接器既是雙向的（無論線纜的哪一端都能插入兩頭的設(shè)備），也是無極性的（連接器插入時可以正面朝上，也可以反面朝上）。在協(xié)商過程中，連接系統(tǒng)可以電子地分辨出電極性。除了數(shù)據(jù)傳輸，USB——C還能支持更高功率水平的雙向功率傳輸。默認電壓為5V，USB——C端口能夠與插入的設(shè)備協(xié)商，在雙方同意的電流水平上，將端口電壓提高到20V，或雙方同意的其他電壓值。USB——C端口提供的最大功率為100W（20V／5A），這用來給筆記本電腦充電已經(jīng)綽綽有余了。優(yōu)勢如此明顯，也就不難理解為什么電子設(shè)備制造商紛紛在其下一代產(chǎn)品中采用USB——C了。

　　隨著USB PD和USB——C得到越來越多的采用，計算機行業(yè)對穩(wěn)壓器的性能提出了明顯更高的要求。與電壓值固定的傳統(tǒng)USB——A和USB——B端口相比，USB——C端口是雙向的，接受可變輸入電壓，輸出電壓范圍為5V至20V。其可調(diào)節(jié)輸出電壓允許筆記本電腦和其他移動設(shè)備用USB——C端口替代傳統(tǒng)AC／DC電源適配器和USB——A和B端子?？紤]到這些優(yōu)勢，一些客戶在其系統(tǒng)中設(shè)計了兩個或多個USB——C端口。

　　不過，目前具有兩個或多個USB——C端口的系統(tǒng)架構(gòu)很復雜，不能滿足很多客戶的要求。本白皮書提出了一種全新的系統(tǒng)架構(gòu)，該架構(gòu)采用Intersil的ISL95338降壓——升壓穩(wěn)壓器和ISL95521A組合式電池充電器。我們將討論這種架構(gòu)如何簡化設(shè)計，并全面支持所有USB——C功能。我們還將說明這種架構(gòu)如何應用到適配器端，以實現(xiàn)可編程電源（PPS），這種電源可以輸出可調(diào)節(jié)電壓，以匹配USB——C的可變輸入電壓。

　　一種新的USB——C架構(gòu)

　　圖1顯示了一種新的USB——C架構(gòu)，該架構(gòu)由ISL95338雙向降壓——升壓穩(wěn)壓器和ISL95521A組合式電池充電器或ISL9238降壓——升壓電池充電器組成。這種新架構(gòu)允許系統(tǒng)通過USB——C端口給電池充電，當兩個PD充電器插入USB——C＿1和USB——C＿2時，還支持快速充電功能。無需額外復雜的端口控制邏輯電路或IC，該架構(gòu)的兩個端口就可全面支持USB 3.1 On——The——Go（OTG）。

　　USB——Type——C：USB——C端口

　　Bi——directional：雙向

　　2 ＆ 3——cell Li——ion：2或3節(jié)鋰離子電池

　　比較圖1和圖2很容易看出，要實現(xiàn)與Intersil電池充電器架構(gòu)相同的功能和性能水平，市場上現(xiàn)有的電池充電器架構(gòu)需要更多器件和復雜的外部電路。顯然，使用現(xiàn)有的電池充電系統(tǒng)，每個充電器通路都需要一個USB——PD控制器來控制2個ASGATE并執(zhí)行充電功能，這提高了設(shè)計的系統(tǒng)成本。為了實現(xiàn)5V降壓OTG，OTG門還需要一個PD控制器。注意，現(xiàn)有的降壓轉(zhuǎn)換器只能輸出單一固定電壓。圖2顯示，如果使用5V降壓轉(zhuǎn)換器，設(shè)計工程師只能輸出一個固定5V電壓，這與很多USB——C應用要求的可調(diào)5V——20V OTG輸出電壓不匹配。

圖2. 現(xiàn)有電池充電器架構(gòu) —— 單一降壓——升壓充電器＋復雜的外部邏輯電路

　　USB——Type——C 1：USB——C端口1

　　5V OTG only：僅5V OTG

　　Charging battery ＆ Support system：充電電池和支持系統(tǒng)

　　External input power selection logic circuitry：用于選擇外部輸入電源的邏輯電路

　　BB charger：降壓——升壓充電器

　　5V Buck：5V降壓轉(zhuǎn)換器

　　本文提出的Intersil架構(gòu)克服了所有這些缺點。圖1顯示，兩個ISL95338并聯(lián)，將兩個USB——C端口連接到ISL95521A電池充電器。簡化了系統(tǒng)架構(gòu)，為客戶節(jié)省了大量成本，因為去掉了不少元件，包括各個PD控制器、ASGATE和OTG GATE。最重要的是，使用了更少的元件但并未降低性能。例如，如果電池需要充電，那么就直接從USB——C輸入向ISL95521A供電。此外，將兩個ISL95338并聯(lián)，可為客戶應用提供更多選擇。